일반기술

기질(matrixes) 및 그 용도를 전도하는 양성자

다수의 전기 화학 셀에는 양성자 전도 막이 필요하다. 여기에는 연료 셀, 전해조(electrolyzer), 전기 화학 셀, 배터리, 전기 화학 센서 등이 포함된다. 몇몇 경우에서는 액체 전해물이 사용되고 그 외에는 나피온(Nafion)과 같은 중합체 전해물이 사용된다. 나피온 기반 연료 셀은 두 가지 불리한 점이 있는데, 상당히 고가(평방 미터 당 700달러)이며 양성자의 물 항력(water drag)에 따라 연료 셀 작동 중 마르게 된다.새로운 저가(2개 주문 시 나피온보다 저렴)의 고 전도성 양성자 전도 막(PCM, Proton-Conducting Membrane)이 최근 개발되었다. 초축전기(supercapacitor), 연료 셀, 전해조, 센서 및 배터리와 같은 전기 화학 셀에 응용할 수 있으며 박막 플라스틱 필름 형태로 되어있다.자유 또는 유동 액체 산(acid)이 없고, 훌륭한 기계적 특성을 지니며, 180도 구부려도 부러지지 않으며 30-1000 미크론 및 그 이상의 두께로 제작할 수 있다. 훌륭한 이온 전도성(나피온의 두 배, 예를 들어 실온에서 0.2 S cm-1)을 지니기 때문에 넓은 온도 범위(영하에서 150°C까지)에서 사용할 수 있다.높은 온도에서의 안정성은 고출력 응용분야에 있어서 중요하다.혁신적인 사항PCM은 나노 크기(15nm) 입자로 구성되고 산(acid)에 대하여 훌륭한 유지 기능을 지닌, 전기적 비전도성을 가진 고 표면적 무기 분말로 구성된다.적합 물질로는 그밖에 이산화규소(silica), 산화 지르코늄(zirconia) 또는 알루미나(alumina)이 있다. 불화비닐리덴수지(polyvinylidene fluoride), 폴리테트라플루오로에틸렌 폴리(메틸 메타크릴레이트) 및 산 또는 산 혼합과 같은 중합체 결합제는 물 또는 비수성 용제에서 용해된다.주요 장점산이 흡수되는 PCM 기공은 소형(일반적으로 2nm 이하)이며 기체 기포가 투과 및 교차되지 않는다. A 0.3F/cm2 이중 층 축전기(DLC, Double Layer Capacitor)는 기공성 탄소 전극을 함께 사용하여 제조된다.두 개의 기공성 합성 탄소 전극은 PCM 양쪽에 고온 압축되어 최저 값으로 알려진 0.05Wcm2의 동등 직렬 저항(ESR, Equivalent Series Resistance)으로 이중 층 축전기를 형성한다. 세 개의 셀(3V) DLC는 1Acm2에서 1000 주기 이상으로 성능 손실 없이 순환한다. RuO2, WOx, MnO2와 같은 금속 산화물 전극으로 된 유사한 초축전기를 생산할 수 있다. 기타 액체 전해물은 이 기질(산이 아닌)에서 흡수되어 "전기 전도 막"을 형성할 수 있다.